[식품 가공 및 저장학] 식품과 효소 2탄

식품과 효소

 

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 1. 효소의 기질특이성

 효소반응에서 효소와 반응하는 물질을 기질이라고 한다. 효소는 기질과 반응하여 효소-기질 복합체를 만들고 쉽게 반응하여 반응생성물을 만든 뒤 다시 분리된다.
 효소는 특정한 기질하고만 작용하는 성질이 있는데, 이러한 성질을 기질특이성이라고 한다. 예를 들면 효소와 기질의 관계를 열쇠와 자물쇠의 관계로 비유할 수 있다. 효소가 한 종류의 기질에만 작용하는 경우를 절대적 특이성이라고 하고, 먼저 어떤 기질에 작용하고 유사한 기질에도 약간 작용하는 경우를 상대적 특이성이라고 한다.

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   2. 효소반응에 영향을 미치는 인자

 효소는 단백질로 구성되고 경우에 따라 여기에 여러 가지 보결군이 결합한 물질이다. 따라서 효소는 단백질의 성질을 그대로 보여 준다. 효소반응에 영향을 미치는 인자로는 온도, pH, 효소의 농도, 기질의 농도, 저해제와 활성제, 반응생성물 등이 있다.

  (A) 온도

 대부분 효소는 35~45도에서 활성이 가장 높다. 효소의 반응속도는 온도에 따라 크게 영향을 받기 때문에 특정한 온도 범위 내에서 활성이 가장 높게 나타난다. 효소의 활성이 가장 높은 온도를 그 효소의 최적온도라고 한다. 반응 온도가 최적온도보다 너무 높아지면 효소의 활성이 오히려 저하되는 현상을 보인다. 이것은 온도가 올라가면 일반적으로 화학반응의 속도가 커짐에 따라 효소의 촉매작용도 커지는데, 온도가 일정 범위를 넘으면 (대개 50도 이상) 화학반응의 속도는 커져도 단백질의 입체구조가 변형되면서 단백질이 변성되어 효소가 불활성화되기 때문이다.

  (B) pH

효소의 반응속도는 pH(수소이온농도)에 따라 크게 영향을 받는다. 일정한 pH 범위에서 활성이 최고가 되는데, 이것을 효소의 최적 pH라고 한다. 효소의 최적 pH는 효소의 종류에 따라 다른데, 펩신의 최적 pH는 1~2이다.

  (C) 기질의 농도

기질의 농도는 효소 촉매반응의 속도에 커다란 영향을 미친다. 효소의 농도가 일정한 경우 기질의 농도가 매우 낮으면 효소의 반응속도도 매우 느리며, 반면에 기질의 농도가 높아지면 효소가 기질을 만날 기회가 많아져 효소-기질 반응속도도 높아진다. 그러나 기질의 농도를 높여도 반응속도가 사실상 변화하지 않는 일정한 값에 도달하는데, 이때의 반응속도를 최대 반응속도라고 하고, 최대 반응속도의 1/2의 속도를 나타나게 하는 기질의 농도를 Km 값 또는 미카엘리스-멘텐 상수라고 한다. 이때 이 두 가지 값은 효소의 특징적인 성질을 나타내는 상수이다.

  (D) 효소 반응생성물의 영향

기질의 농도가 일정할 때, 효소반응 초기의 속도는 효소의 농도에 비례한다. 그러나 반응이 진행됨에 따라 반응생성물이 축적되면서 반응생성물이 효소작용을 저해하는 경우가 발생하고, 이렇게 되면 효소의 반응속도가 효소의 농도에 반드시 비례하지는 않는다. 이러한 효소 반응생성물에 의한 효소반응의 저해는 생체 내 효소의 반응 정도를 조절하는 중요한 방법 가운데 하나이다.

  (E) 저해제와 활성제

 (1) 저해제

 효소의 작용을 저해하는 물질을 저해제라고 한다. 효소의 작용은 여러 가지 조건에 의하여 저해 받을 수 있다. 저해에는 경쟁적 저해와 비경쟁적 저해가 있다. 기질에 작용하는 효소의 특정 위치를 효소의 활성부위라고 하는데, 활성부위를 두고 기질과 경쟁하는 저해제가 있어 기질에 대한 효소반응을 저해하는 것을 경쟁적 저해라고 한다. 비경쟁적 저해는 저해제가 효소의 활성부위가 아닌 다른 부위에 결합하여 효소의 작용을 저해하는 것을 말한다.

 (2) 활성제

 효소의 작용을 촉진하는 물질을 활성제라고 한다. 효소의 종류에 따라 여러 가지 활성제가 있다. 카복실레이스, 헥소키네이스 등은 마그네슘에 의하여 효소의 작용이 촉진된다. 이외의 활성제로는 칼슘, 철, 아연 등의 금속이온이 있다.

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   3. 식품 가공 및 저장에 관련 있는 효소

 국내 식품산업에서 효소는 다양하게 이용되고 있다. 그중에 대표적인 분야는 전분당 제조와 양조용, 제과, 제빵 등의 분야이다. 국내 식품 효소 시장에서 전분당 제조용 효소는 57%, 양조용 효소는 33% 정도 차지한다. 국내 생산 효소 이외에 내열성 alpha-아밀레이스, 이성화효소 등은 전량 수입에 의존하고 있다.
 식품조직 내에 다양한 효소가 함유된 것과 같이 식품에 있는 미생물에도 다양한 효소가 존재한다. 따라서 신선한 식품을 그대로 방치하거나 식품에 미생물이 오염된 경우에는 이러한 효소에 의해 여러 가지 반응이 일어난다. 이런 반응 중 식품의 품질을 저하하는 것은 억제해야 하고, 식품의 품질에 유리한 것은 촉진해야 한다. 실제로 많은 효소가 식품공업에서 가공 수단으로 이용되고 있다.

  (A) 탄수화물 가공과 관련된 효소

 (1) 전분의 가공

 탄수화물의 대표적인 성분인 전분은 글루코스로 구성된 다당류로 입체구조에 따라 아밀로스와 아밀로펙틴으로 구성된다.

 (2) 올리고당의 제조
 올리고당은 기호성과 함께 기능성을 강조하는 감미료로 많이 소비되고 있는 식품이다. 올리고당은 소당류라고도 하며 단당류가 3~10개 정도 연결된 구조이다.

 (3) 기타 탄수화물의 가공
 이 밖에 셀룰레이스와 헤미셀룰레이스는 섬유질인 셀룰로스와 헤미셀룰로스를 가수분해하는 효소로 조섬유의 소화에 필요하며, 폴리갈락투로네이스는 펙틴을 가수분해하는 효소로 과실 및 채소의 연화와 관계가 있다. 이러한 반응은 과일주스 내의 펙틴이 분해된 투명 과일주스 제조를 위해 활용된다. 글루코스 이성화효소는 글루코스를 단맛이 더 강한 프럭토스로 변화시키는 효소로 프럭토스의 공업적인 생산에 이용되고 있다. 이 효소는 담체에 결합한 고정화효소 형태로 반응관 안에 채워진 상태로 수개월에서 1년간 연속으로 사용할 수 있어 연속공정이 가능하여 생산효율이 매우 높다.

  (B) 육가공과 관련된 효소
 육가공과 관련된 효소 중 대표적인 것은 연육화효소이다. 고기 연육제로 사용되는 단백질 분해효소에는 파파인, 브로멜라인, 피신 등이 있다. 그중에서 가장 많이 사용되는 효소는 파파인이다. 파파인은 파파야의 미성숙한 과일에서 얻은 효소로 최적 pH는 7~7.5이다. 브로멜라인은 파인애플의 과즙에서 얻은 단백질 가수분해효소로 일반적인 효소보다 콜라젠 분해력이 더 크고 최적 pH는 7이다.